Kaj je proces Haber-Bosch?
Proces Haber-Bosch ali preprosto Haberjev postopek je postopek, ki se uporablja pri proizvodnji amonijaka v velikem obsegu. Ta proces je dobil ime po Fritzu Haberju in Carlu Boschu, dva nemška kemika, ki sta izumila ta proces v začetku 20. stoletja. Proces Haber-Bosch je bil razvit za nadomestitev manj učinkovitih metod, ki so bile prej uporabljene pri proizvodnji amoniaka, kot je postopek Frank-Caro. Danes se proces Haber-Bosch največkrat uporablja v proizvodnji amoniaka, ki se uporablja v gnojilih, za razliko od let izumov, ko je bil uporabljen za amoniak za eksplozive, ki so bili uporabljeni v prvi vojni.
Ozadje
Proces Haber-Bosch je bil izumljen, da bi zadostil visokim zahtevam amoniaka v 19. stoletju. Povpraševanje po amonijaku se je povečalo zaradi potrebe po proizvodnji gnojil in živalske hrane. Na začetku 20. stoletja se je Haber odločil za alternativno metodo za ohranjanje potrebe po amonijaku. Haber Fritz je skupaj s svojim pomočnikom pripravil postopek, ki je zahteval uporabo katalizatorjev in naprave z visokim pritiskom. Postopek predstavitve je bil v manjšem obsegu na laboratorijski ravni. Demonstracijski proces je potekal poleti 1909. Amonijak je nastal kot kapljice s hitrostjo 125 ml na uro. Ta proces je bil priznan in ga je kupila družba BASF, nemško kemijsko podjetje. Carlu Boschu je bila dodeljena dolžnost, da zagotovi, da je bil proces nadgrajen na industrijsko raven, ki ga je uspešno opravil leta 1910. Velik obseg proizvodnje amoniaka se je začel leta 1913 v obratu Oppau, ki je bil v lasti podjetja BASF. Obrat je pomnožil proizvodnjo amoniaka, ki je do leta 1914 dosegel 20 ton na dan. Postopek Haber-Bosch je bil za Nemčijo med prvo svetovno vojno prednost. Haber je leta 1913 prejel Nobelovo nagrado, leta 1931 pa je Bosch dobil isto nagrado.
Postopek
Amoniak nastane s postopkom, ki vključuje reakcijo dušika in vodika. Postopek poteka pri temperaturah med 400 in 500 stopinj Celzija. Plini dušika in vodika se prenesejo preko katalizatorjev s stalnimi temperaturnimi predpisi, da se ohrani ravnotežje. Plini se prenesejo preko štirih nizov katalizatorjev. Pri vsakem setu približno 15% plina reagira, da tvori amoniak. Plini, ki niso reagirali, se spet in spet prenašajo skozi katalizatorje. Na koncu se je odzvalo skoraj 97% plinov. Dušik ni reaktiven zaradi močnih trojnih vezi, ki držijo molekule skupaj. Za zagotovitev, da reagira z vodikom, so potrebne visoke temperature in katalizatorji. Vodik, uporabljen v procesu Haber-Bosch, se večinoma pridobiva iz metana. Za pridobivanje vodika iz metana se izvede postopek parnega reformiranja, pri katerem se plin postavi pod visoko temperaturo in tlak ter nikljev katalizator. Da bi povečali stopnjo proizvodnje, se proizvedeni amoniak pogosto odstrani iz sistema. Najpogosteje uporabljeni katalizatorji v Haberjevem procesu so katalizatorji na osnovi železa, uran in osmij.
Gospodarski in okoljski vidiki
Po izumitvi procesa Haber-Bosch je moral konkurirati procesu cianamida. Proces cianamida je bil neučinkovit, ker je uporabljal velike količine energije in dela. Haberjev proces se je povečal na raven, ki vsako leto povzroči proizvodnjo približno 450 milijonov ton dušikovih gnojil. Velika proizvodnja gnojil je privedla do velikih površin, ki so se začela uporabljati v kmetijstvu. Gnojilo z amoniakom je povečalo kmetijske pridelke in veliko oskrbo s hrano, kar je povzročilo povečanje stopnje rasti prebivalstva.
